建筑节能技术中太阳能的应用论文
摘要: 在建筑行业飞速发展与人们生活质量不断提升的背景下,清洁性能源—太阳能在现代建筑中得到广泛应用。鉴于此,本文主要结合太阳能的技术特征和应用优势,具体探讨了太阳能在建筑节能方面的应用方式,旨在缓解当前能源短缺的紧张局面,不断丰富现代建筑节能技术内容,从而营造节约型社会。
关键词: 建筑节能技术;太阳能;优势;应用
环境污染和能源短缺是全世界目前面临的重要挑战,严重限制了社会与经济的可持续发展。在人们生活质量逐渐提升的背景下,加剧了对建筑能源的耗费。现代建筑行业的发展方向,在于及时发现新能源,并应用到建筑节能设计中。而太阳能作为可再生能源的一种,在现代建筑节能设计中得到尤为广泛的应用。
1太阳能技术的特征、应用优势及必要性
太阳能技术特征
太阳能属于新型能源、可再生能源的一种,具备其他能源无法相比的功能特征。
1)普遍性。我国的太阳能资源较为丰富,国土面积中有2/3以上的年日照量超出2200小时,可以实现对太阳能资源的最大化利用[1]。
2)无污染。石油与煤炭等不可再生能源在燃烧过程中,容易形成废渣与有害、有毒气体,对环境造成严重污染。而太阳能资源的利用,不会对环境造成污染,也不会形成有害气体。
3)安全性。核能发电一旦出现安全事故,则会对环境造成严重污染,形成生态环境危机。而太阳能发电则全然不同,其可靠性与安全性不会对环境造成污染。
4)取之不尽,用之不竭。太阳内部通过裂变而释放出的能量,属于太阳能。在漫长的11亿年发展进程中,太阳对自身能量的消耗不超过20%[2];因此,相对于人类短暂的生活年限而言,太阳能资源是取之不尽、用之不竭的。
太阳能的应用优势
1)能源蕴藏的丰富性。通过相关专家研究发现,太阳在漫长的11亿年间,只消耗了自身能源的20%左右。同时,太阳能资源在地球中的供应,可以保证几十亿年的使用或者更久,具备取之不尽且用之不竭的特征。
2)广泛的适用空间。太阳能资源的应用不会受到地域因素的制约。在地球任何地方都可以开发应用太阳能,不需要进行运输,为交通状况落后的农村、山区等提供了较大便利性。而我国处于地球北半球的东部,蕴藏的太阳能资源较为丰富。
3)使用的安全性与环保性。太阳能作为清洁能源的一种,在使用过程中存在较大便利因素。在利用与开发太阳能的过程中,不会形成有害气体、废渣、废水等,同样不会产生噪音污染,可以实现对生态环境平衡的维护,并降低环境污染。
太阳能应用于建筑节能技术中的必要性
在改革开放逐渐深入的背景下,人们的生活质量得到飞速提升,实现了对热水淋浴设备的广泛应用。在建筑能源消耗中,生活热水的能源消耗占据较大比重;由于煤气热水器、电热水器对煤炭与石油资源的消耗过大,面临能源短缺的紧张现状。而太阳能热水器属于我国建筑行业当前最为成熟完善的技术,可以切实解决居民住宅中对部分生活热水的利用问题。
2太阳能在建筑节能技术中的实际应用分析
太阳能空调方面
太阳能空调,主要是以太阳能为动力源,实现空调的正常运转;其工作原理主要分为两个方面,即吸收式制冷技术与吸附式制冷技术。
1)吸收式制冷技术。能够借助于吸收剂的蒸发与吸收功能,进行制冷工作。依据吸收剂的差异性,具体包括溴化锂—水吸收式制冷与氨—吸收式制冷两个方面;主要利用太阳能集热器对太阳能进行收集,形成热空气和热水,实现太阳能热空气或太阳能热水对锅炉热水输入制冷机的替代,进一步展开制冷工作。考虑到造价、工艺与效率等因素,需要保证制冷机尺寸的合理性,不可以过小。因此,吸收式制冷技术的太阳能空调系统,在中央空调中得到普遍应用,其规模相对较大。
2)吸附式制冷技术。通过固体吸附剂对制冷剂形成的吸附作用进行制冷,对分子筛—水以及活性炭—甲醇吸附质制冷技术的应用较广泛。由上述论述可知,在建筑节能技术不断成熟完善的背景下,太阳能空调在建筑节能工程中发挥着尤为关键的影响及作用。
太阳能热水器方面
在人们的日常生活中,对太阳能热水器的应用较为普遍,可以通过太阳能热水器获取相应的生活热水。对太阳能热水器的充分利用,能够有效缓解建筑能源的短缺局面,最大限度节约建筑能源[3]。比如,某一居民住宅区将太阳能供热系统安装在中央热水系统中,对小区内4栋住宅建筑与1栋写字楼的热水进行供应。在安装工作完成后,日出水量较稳定,通过对太阳能热水器的应用,该小区在1年以内节约了10万元左右。
太阳能发电方面
利用太阳能电池,光伏发电可以借助半导体界面具备的光生伏特特点,实现光能向电能的直接转变。在串联太阳能电池之后,展开封装保护工作,可以组成大面积的太阳能电池构件,并结合功率控制设备构成光伏发电装置。光伏行业方面要结合自身丰富的发展经验,适当扩大生产量与生产规模,并降低成本。其中,发电成本需要具体参考经济使用年限、整体系统价格、利率、运行费用与维护、保险费用等因素,对成本造价进行合理预算。现阶段,我国现代居民住宅区内部的工程照明系统,选用太阳能发电为辅助性电源。通过太阳能发电,在一定程度上实现了对能源消耗量的降低,同时降低了太阳辐射能带来的影响,实现了对生态环境的优化与保护。此外,太阳能热发电内容主要是将太阳辐射能直接转变为热能,然后利用热能进行发电,在建筑节能技术方面同样得到广泛应用。
太阳能沼气技术方面
太阳能的转换形式丰富多样,其中,植物秸秆属于重要的转换形式之一。通过生物质实现对建筑物的照明活动与供暖活动,构建了集成太阳能恒温沼气池系统,可以视为太阳能在现代建筑节能技术中的应用手段之一[4]。太阳能沼气技术在我国农村得到普遍应用,其工作原理体现在:通过部分太阳光线进行的加热与加热发酵。分析发酵过程发现,可以展开连续工作且具备一定规模的发酵池,极少需要采用辅助加热措施。所以不难发现,现代太阳能沼气技术的功能优势,不是采光与加热功能,而是较小的土建工程,并且构建成本不高。通常在照明、炊事、保鲜、储粮以及发电等多方面的生产与生活活动中,沼气的应用较为普遍。一般的沼气池为6立方米,每天可以生产出立方米左右的沼气,同时每立方米的沼气等同于原煤的公斤,可以实现对水的煮沸,充分满足1个家庭1天之内的'生活用水量。此外,沼气还可以进行照明工作,每一立方米的沼气可以将一盏沼气灯的照明时间保持在6h范围内。由太阳能在建筑节能技术中的应用可见,建筑物能源的消耗比重过大,尤其是照明、供暖以及空调方面对能源的消耗比重最为明显。在现代建筑节能设计中对太阳能技术的应用,在降低能源消耗的同时,可以实现对生态环境的保护。将太阳能技术应用在供电、供暖以及照明等活动中,有助于改善现代人们居住的生活环境,如对排放温室气体而形成的“热岛效应”的改善。
3结束语
综上所述,在现代建筑节能工作中,太阳能技术已经成为建筑节能的关键所在。尽管目前对太阳能的利用依然停留在热水设备阶段,在光电转换过程中依然存在高成本、低效率的问题。通过国家方面对建筑节能环保工作的大力支持,充分借助太阳能资源巨大的功能优势,可以有效改善这一现状。同时,建筑节能是现代科技进步的关键标志,太阳能资源的高效利用在推动建筑行业可持续发展方面发挥着关键作用,需要相关领域的专业人才不断完善新型的太阳能利用方案与技术、产品等,严格遵循“因地制宜”的原则合理应用太阳能,从而为建筑物可以大规模使用太阳能资源提供可靠保障。
参考文献
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[4]李金平,马思聪,刁荣丹等.新型农村绿色建筑的构建与能耗分析[J].中国沼气,2012,30(6):28-32.
取决于你想往哪个方面发展,基于PLC控制很广,都可以学到实际的东西。不过首先要有具体的体验,光纸上谈兵,那是远远不够的。
发展空调技术,改善生产环境1949年前,我国纺织企业空调大都只有一些给湿设备,有井水洗涤送风系统的只是极少数。为了保持车间湿度,习惯上不开窗。夏季车间温度高达40℃,织布车间相对湿度在90%左右,闷热难当,常有工人中暑而晕倒在机器旁。建国后不久,纺织工业部提出了降低纺织车间夏季温湿度的问题,要求细纱车间最高温度上限为35℃,相对湿度为60%;织布车间温度不超过℃,相对湿度控制在80%。然而要实现这一目标,必须在原有基础上对空调设施做重大改造。在上海第十七棉纺织厂工作的刘锦章深知工人的疾苦。为了落实纺织工业部的指示,早日改善车间劳动环境,他搜集和学习了有关空调、制冷技术的书籍与资料,在车间里做了大量的试验,采取加大通风、屋顶喷水、电动机吸热以及增凿新井、集中低温井水先纺后织等多种措施,使纺织车间温度明显降低。1953 年刘锦章主持设计和安装了四套大型深井水喷淋送风设备,使该厂成为当时首批达到纺织工业部降温要求的重点厂之一。在推广细纱断头吸棉装置中,他设计了集体吸棉,从而减少了断头,减轻了工人劳动强度,也提高了棉纱质量,改善了车间气流的混乱状态,降低了车间含尘浓度。这些成果为当时高速高产创造了一定条件。1955年,刘锦章在华东纺织管理局技术处,组织各厂专业干部学习研究,使温湿度管理成为棉纺织生产基础技术管理的内容之一。他通过实验掌握棉纤维在周围湿空气环境下回潮率的动态变化,并以此指导对车间半制品回潮率的控制。他自学了有关气象方面的知识,了解气候变化,总结黄梅季节和开冷车时控制车间温湿度的经验,使基层专业干部了解并掌握适应季节条件控制车间温湿度的方法。他还结合苏联纺织厂积极送风的理论,挖掘通风设备潜力,在基层厂试验总结了上送风道三面送风和下面排风的经验,并加以推广。该方法使车间气流均匀,并让机器充分散热,取得较好效果,后曾在援外项目的纺织厂设计中采用。1979年南宁会议根据刘锦章的建议,将纺织主要车间夏季温度不超过30℃确定为全国纺织工业实现初步现代化的目标之一,这为纺织空调与制冷技术的发展开创了新的生机。刘锦章还与制冷设备厂协作试制空调制冷设备。20世纪60年代他推广了蒸汽喷射制冷机;80年代他推广了溴化锂双效吸收式制冷机与离心冷水机组,为上海纺织厂实现夏季车间温度30℃的目标增加了物质基础。由于将深井的天然冷源与多种人工制冷设备合理、科学的匹配使用,到1985年,上海纺织工业局200万棉纺纱绽和5万台织机都实现了夏季车间温度30℃的目标;此后,又在毛纺、服装等行业以及其他行业的200台以上织机车间实现了这一空调目标。独创储能理论,深挖节能潜力随着生产的高速化,尤其是产品的升级换代、引进设备的增多以及对空调要求的提高,纺织企业的能源消耗不断增长。能源已成为制约纺织生产发展的一个因素,“节能求增产,节能求发展,节能求效益”成为企业必由之路,空调节能的重要意义也越来越受到广大从业人员的关注。中华人民共和国建立以来,上海地面沉降不断加大。1963 年,为控制市区地面的沉降,上海市政府确定要压缩使用地下水。刘锦章通过调研,制定切实可行的方案,除夏季降温用的空调冷源井以外,全部停用其他生产和生活用井。但因夏季市区仍有沉降,1965年上海市政府再次发出紧急通知,要求进一步压缩使用井水。刘锦章起草了一份由纺织工业局给市政府的报告,实事求是地反映纺织空调需冷量大,若全部用人工制冷,在制冷设备供应、城市供电、资金的筹划与纺织厂场地的安排等方面都无法满足需要。为维持纺织厂夏季的正常生产,报告提出了深井水“冬灌夏用”的方案。该报告得到了市政府同意。在供水和水文地质部门的帮助和配合下,执行这一方案后,当年上海市区地下水位上升10米多,地面平均回弹毫米。夏季抽水温度降低了3-4℃,净增冷量万千瓦,夏季车间温度未受影响。1967年后“冬灌夏用”有所发展,扩大到其他行业和外地。继而因夏季抽水量较大,地面出现夏沉冬升的现象,又发展了“夏灌冬用”。空调地下含水层储能理论得以初步肯定和发展,这是从纺织系统的实践开始的,也是刘锦章组织试验并总结的成果。水文地质专家曾在关于制止地面沉降问题的国际研讨会上,数次介绍这一经验和成就。在1979年的南宁会议上,刘锦章发表论文《论上海纺织空调冷量问题》,提出夏季车间空调应扩大回风量至80%,并合理用好地下水,上海纺织企业可在基本上不增加冷源的条件下,使车间温度达到30℃。文中提出应加强地下含水层蓄冷与已有冷冻设备的匹配,提出夏季用冷方法应先开各种制冷机械,并随室外气温的上升再用冬灌井水,以充分利用井水的温差来填补冷量的不足。这一方法后被简称为“机冷打底,深井填峰”,为企业用好深井冷源,减少用电负荷发挥了很大作用。在以后的几年中,刘锦章对用冷却塔冷却冬灌和通过制冷冬灌,夏季可获得10℃以下的深井低温水等经验进行了总结和推广。20世纪80年代初期,刘锦章与上海地质部门、自来水公司一起,在部分企业建立大规模试验场,获得了大量数据。经过分析确认地下水天然流速极慢,对于储能极为有利。1982年,刘锦章发表了《地下含水层储冷机理及在纺织空调的有效利用》一文。20世纪80年代中期,刘锦章有计划地为基层厂安排更新锅炉和变压器,并将蒸汽喷射制冷机更新为双效溴化锂吸收式制冷机,后者比前者制冷水温低,百万千焦耗汽量降低一半以上。通过这一系列的节能措施,1985年夏季上海棉纺行业车间达到了30℃,与此同时能耗反而有所降低。棉纱空调用电比1980年减少10%;棉布空调用电则节减了近30%。刘锦章在空调与节能方面写有许多论著。他对节能措施的建议往往与纺织生产的成本分析和系统优化结合在一起。他的意见常为局领导所重视和采纳,他是当时上海纺织工业局屈指可数的“高参”。孜孜不倦学习,谆谆教导育人刘锦章在学生时代养成了刻苦顽强的自学习惯,工作以后始终保持着孜孜不倦的学习精神。他对技术精益求精、努力探索、不断进取的精神赢得了同事们的赞誉。为了工作的需要,刘锦章自学了空调、制冷技术,又自学了有关气象、地质与水文方面的知识。“文化大革命”期间,他在大屯煤矿劳动,仍继续钻研空调和节能技术。刘锦章善于从书中学习,也善于从实践中学习,更善于将实践上升为理论。“在局机关搞空调、节能工作,关键在于发现基层工作中的经验与不足,从中引出理论上的新看法,以指导基层工作,推动空调现代化的进程。”这就是刘锦章长期以来的经验总结。他经常深入基层单位了解情况,把听汇报和参观当做学习的机会,每次都像小学生那么认真,惟恐一个“信息”从他眼底、身边溜过。一次,他在上海国棉十一厂听取工作汇报时,发现该厂冬灌时先上冷却塔冷却后再回灌,结果第二年的水温比往年低了几度。这一做法经他从理论上论证后,及时向全系统推广,收到了很好的经济效益。几十年来,刘锦章在培养纺织空调、节能技术人才方面也倾注了许多心血。1953年在上海举办的全国通风管理干部训练班,刘锦章担任了主要工作。学员有200多人,这批学员回厂后大都成为空调骨干力量。在此期间,他还多次为纺织院校、纺织局技训班做通风、温湿度管理专题讲座。20世纪80年代,为了进一步推广地下含水层储能技术,使这一技术能迅速为基层厂所接受,刘锦章通过公司空调干部会议,通过学会举办的空调培训班和讲座,一遍又一遍地讲解。他所编写的 《纺织企业空调技术管理》和《纺织企业能源利用与管理》两本书,更是基层干部迅速提高空调与节能管理水平的好教材。纺织院校的空调教学一直是刘锦章关注的重点。早在20 世纪50年代初,他就兼任华东纺织工学院的副教授,首次把《纺织厂温湿度调节》列为纺织院校专业课程。他非常重视纺织空调教材的审定,也极为关心师生的培养。当棉纺织职工大学教师将“影响半制品回潮率的因素”作为学生毕业论文的课题时,他热情加以指导。当师生们在车间试验过程中有新发现时,他又及时将其编入纺织企业干部的培训教材中。他从不因工作繁忙而拒绝参加纺织院校学生的毕业论文答辩,并且认真地批阅每一篇论文。刘锦章作为一名共产党员,几十年孜孜以求的是,以极少的索取,而对社会做出最大的奉献。20世纪50年代他已是科长,到退休还是科长,但他从不计较。80年代初他代表父亲和妹妹,把父亲多年积蓄的万元巨款捐献给国家,而当时刘锦章全家还住在上海市区没有煤气、卫生间的陋室。这一举动赢得了人们的称赞,可他却淡然地说:“这没有什么,是我们全家为祖国尽一点微薄之力。” 《人民日报》对刘锦章的事迹做过报道,标题是“事业重如山,名利淡如水”。这是对刘锦章的真实写照。退休后刘锦章依然积极参加学会活动,先后写了《关于喷雾风机夏季使用冷水的运行特征》、《上海纺织空调技术2000年展望》、《能源利用技术与纺织工业可持续发展》等多篇论文,并且多次向局领导提节能建议。他还不顾年老体弱,到棉、毛纺织厂去,为基层厂的节能管理开“药方”,继续为纺织工业做贡献。
都是垃圾!真的想学东西不是在学校!是在你自已有没有这个心!我觉得学校的作用是,自已不懂的东西去学!前提是你自已去学!学到不懂的去问老师去找人解决!这样才是学东西!你上面说的课程都是几百年前的东西!对初学者还有点用!专业去学这玩意就算了!除非你们的考试/毕业设计一定要在这些课题里面迭那就没有办法了!
太多了,先说正极,钴酸锂,镍酸锂,锰酸锂,磷酸铁锂,还有三元的,这是基本的,还有从这些衍生出来的,手机电池用的是钴酸锂。负极,天然石墨,人工石墨,无定形碳,中间相碳微球,锡基的(氧化物,盐,)硅基的(氧化物,与碳的合金),锑基的,氮基的,铝基的,各种合金,比如说锡--镍--铝现在用的大多数是天然石墨,便宜
1、论文题目:要求准确、简练、醒目、新颖。 2、目录:目录是论文中主要段落的简表。(短篇论文不必列目录) 3、提要:是文章主要内容的摘录,要求短、精、完整。字数少可几十字,多不超过三百字为宜。 4、关键词或主题词:关键词是从论文的题名、提要和正文中选取出来的,是对表述论文的中心内容有实质意义的词汇。关键词是用作机系统标引论文内容特征的词语,便于信息系统汇集,以供读者检索。 每篇论文一般选取3-8个词汇作为关键词,另起一行,排在“提要”的左下方。 主题词是经过规范化的词,在确定主题词时,要对论文进行主题,依照标引和组配规则转换成主题词表中的规范词语。 5、论文正文: (1)引言:引言又称前言、序言和导言,用在论文的开头。 引言一般要概括地写出作者意图,说明选题的目的和意义, 并指出论文写作的范围。引言要短小精悍、紧扣主题。 〈2)论文正文:正文是论文的主体,正文应包括论点、论据、 论证过程和结论。主体部分包括以下内容: a.提出-论点; b.分析问题-论据和论证; c.解决问题-论证与步骤; d.结论。 6、一篇论文的参考文献是将论文在和写作中可参考或引证的主要文献资料,列于论文的末尾。参考文献应另起一页,标注方式按《GB7714-87文后参考文献著录规则》进行。 中文:标题--作者--出版物信息(版地、版者、版期):作者--标题--出版物信息 所列参考文献的要求是: (1)所列参考文献应是正式出版物,以便读者考证。 (2)所列举的参考文献要标明序号、著作或文章的标题、作者、出版物信息。
2017年我国新能源汽车产销量分别达到万辆和万辆,已经连续三年位居世界第一位,累计保有量达到180万辆,占全球市场保有量的50%以上。这样的成绩取得的确喜人,其背后正是一系列政策不断积累生效以及市场不断认可的表现。
新能源大规模发展,一个字----难!成本过高,基础设施不完善,中国的消费者思想还处于封闭阶段
锂电池原理 锂离子电池的正极材料通常有锂的活性化合物组成,负极则是特殊分子结构的碳.常见的正极材料主要成分为 LiCoO2 ,充电时,加在电池两极的电势迫使正极的化合物释出锂离子,嵌入负极分子排列呈片层结构的碳中.放电时,锂离子则从片层结构的碳中析出,重新和正极的化合物结合.锂离子的移动产生了电流. 化学反应原理虽然很简单,然而在实际的工业生产中,需要考虑的实际问题要多得多:正极的材料需要添加剂来保持多次充放的活性,负极的材料需要在分子结构级去设计以容纳更多的锂离子;填充在正负极之间的电解液,除了保持稳定,还需要具有良好导电性,减小电池内阻. 虽然锂离子电池很少有镍镉电池的记忆效应,记忆效应的原理是结晶化,在锂电池中几乎不会产生这种反应.但是,锂离子电池在多次充放后容量仍然会下降,其原因是复杂而多样的.主要是正负极材料本身的变化,从分子层面来看,正负极上容纳锂离子的空穴结构会逐渐塌陷、堵塞;从化学角度来看,是正负极材料活性钝化,出现副反应生成稳定的其他化合物.物理上还会出现正极材料逐渐剥落等情况,总之最终降低了电池中可以自由在充放电过程中移动的锂离子数目. 过度充电和过度放电,将对锂离子电池的正负极造成永久的损坏,从分子层面看,可以直观的理解,过度放电将导致负极碳过度释出锂离子而使得其片层结构出现塌陷,过度充电将把太多的锂离子硬塞进负极碳结构里去,而使得其中一些锂离子再也无法释放出来.这也是锂离子电池为什么通常配有充放电的控制电路的原因. 不适合的温度,将引发锂离子电池内部其他化学反应生成我们不希望看到的化合物,所以在不少的锂离子电池正负极之间设有保护性的温控隔膜或电解质添加剂.在电池升温到一定的情况下,复合膜膜孔闭合或电解质变性,电池内阻增大直到断路,电池不再升温,确保电池充电温度正常. 而深充放能提升锂离子电池的实际容量吗?专家明确地告诉我,这是没有意义的.他们甚至说,所谓使用前三次全充放的“激活”也同样没有什么必要.然而为什么很多人深充放以后 Battery Information 里标示容量会发生改变呢 ? 后面将会提到. 锂离子电池一般都带有管理芯片和充电控制芯片.其中管理芯片中有一系列的寄存器,存有容量、温度、ID 、充电状态、放电次数等数值.这些数值在使用中会逐渐变化.我个人认为,使用说明中的“使用一个月左右应该全充放一次”的做法主要的作用应该就是修正这些寄存器里不当的值,使得电池的充电控制和标称容量吻合电池的实际情况. 充电控制芯片主要控制电池的充电过程.锂离子电池的充电过程分为两个阶段,恒流快充阶段(电池指示灯呈黄色时)和恒压电流递减阶段 ( 电池指示灯呈绿色闪烁.恒流快充阶段,电池电压逐步升高到电池的标准电压,随后在控制芯片下转入恒压阶段,电压不再升高以确保不会过充,电流则随着电池电量的上升逐步减弱到 0 ,而最终完成充电. 电量统计芯片通过记录放电曲线(电压,电流,时间)可以抽样计算出电池的电量,这就是我们在 Battery Information 里读到的 wh. 值.而锂离子电池在多次使用后,放电曲线是会改变的,如果芯片一直没有机会再次读出完整的一个放电曲线,其计算出来的电量也就是不准确的.所以我们需要深充放来校准电池的芯片. 参考文献:友人网
以下是锂电池原理及结构:锂离子电池以碳材料为负极,以含锂的化合物作正极,没有金属锂存在,只有锂离子,这就是锂离子电池。锂离子电池是指以锂离子嵌入化合物为正极材料电池的总称。锂离子电池的充放电过程,就是锂离子的嵌入和脱嵌过程。在锂离子的嵌入和脱嵌过程中,同时伴随着与锂离子等当量电子的嵌入和脱嵌(习惯上正极用嵌入或脱嵌表示,而负极用插入或脱插表示)。在充放电过程中,锂离子在正、负极之间往返嵌入/脱嵌和插入/脱插,被形象地称为“摇椅电池”。
沈万慈 李新禄 邹麟 康飞宇 郑永平
(清华大学材料科学与工程系,新型炭材料研究室,北京 100084)
摘要 中国具有丰富的天然石墨资源,对天然石墨进行改性处理以应用到高能锂离子电池中是中国石墨产业升级的有效途径之一。对高纯微晶石墨进行了整形和表面包覆碳膜的处理,首次循环效率提高至,循环稳定性也得到了明显改善。试验表明,表面包覆的微晶石墨是一种优良的锂离子二次电池复合负极材料。采用H2SO4-GIC石墨层间化合物技术对鳞片石墨进行预膨胀处理,在石墨颗粒内形成亚微米-纳米空隙,提高了石墨制品的放电容量、快速充放电能力及循环寿命,特别适用于高能锂离子电池的发展要求[1~11]。
关键词 天然石墨;表面包覆;预膨胀;负极材料;锂离子电池。
第一作者简介:沈万慈,清华大学材料科学与工程系教授,长期从事石墨和新碳材料的研究和开发。E-mail:。
一、前言
中国石墨产品可分为鳞片石墨和微晶石墨两大类,鳞片石墨是指石墨晶质大于1μm,层片结构发达,但原矿品位低,一般含碳量在10%以下;微晶石墨又称为无定形石墨、隐晶石墨、土状石墨,晶质小于1μm,其特点在于由小晶粒团聚而成为聚晶体,原矿品位高,一般含碳量在50%以上,郴州鲁塘矿矿石含碳量达到80%以上。
微晶石墨用作锂离子电池的负极材料具有较高的嵌锂容量和循环稳定性,并且资源丰富、价格低廉,对天然微晶石墨进行改性处理以应用到高能锂离子电池中是中国石墨产业升级的有效途径之一。同样,鳞片石墨也可以用于锂离子电池的负极材料,但是必须要解决石墨在储电过程中的胀缩问题,否则它会直接影响电池的使用寿命。
二、微晶石墨的整形
微晶石墨颗粒内部是由许许多多取向无序的晶粒组成的,因此在微晶石墨球形化的过程中,极易产生粉碎现象,大多数颗粒被粉碎成10μm以下的细小颗粒。这些细小颗粒对石墨的负极性能是不利的。锂离子电池用天然石墨要求比表面积小、振实密度高、颗粒均匀,以提高其负极性能,这就要求颗粒粒度分布窄、表面光洁、球形度高。天然石墨必须经过粉体深加工,使其达到锂离子电池的使用要求,然而,通过普通机械粉碎方式很难达到这些要求。本文以化学法提纯后的微晶石墨为原料(其纯度C≥),对搅拌磨系统的微晶石墨整形效果进行了研究。表1是本研究中使用的微晶石墨的碳含量和粒度。
表1 试验中使用的微晶石墨
搅拌磨为无锡市鑫达粉体机械有效公司生产的SX-8型小型搅拌球磨机。搅拌桶容积8L,标准处理量3L。
(一)天然微晶石墨的整形加工
采用湿法搅拌磨整形:球形氧化锆磨球,直径3mm;料浆浓度20%;球料比为20∶1(质量比);填充率为1/2;添加聚丙烯酸铵(或六偏磷酸钠)作为助磨剂,比例为(相对于石墨的质量)。实验采用不同的技术参数,如表2所示。
表2 天然微晶石墨球形化处理实验条件参数
表3 整形前后微晶石墨的比表面积和粒度
(二)整形实验结果
从表3中可以看到,研磨后的微晶石墨比表面积有所下降,这是经搅拌磨整形后,微晶石墨颗粒形状更接近于球形,在相同的情况下,球形颗粒的比表面积更小。同时经搅拌磨整形后的石墨颗粒粒径有所下降,这说明搅拌磨在整形过程中有一定的粉碎作用。
(三)电化学性能
将制备好的石墨分别与聚二氟乙烯(PVDF)(质量百分数10%)混合均匀后用二甲基吡咯烷酮(NMP)溶解调成糊状均匀涂覆在铜箔上,烘干轧制后得到100μm左右厚度的膜。取直径为12mm的膜作为实验电极。电极膜片经过150℃真空干燥24 h后,在氩气手套箱中组装成实验纽扣电池(型号2025)。电解液为1 mol/L—LiPF6/EC-DEC(1∶1)(Merck Co.),隔膜为Celgard#2500。以锂片为对电极,采用恒电流充放电方法测试电化学性能,采用从到1C不等的放电速度,放电截止电压为0V,充电截止电压为3V。电池测试系统为兰电 CT2001A。
搅拌磨整形后的微晶石墨首次嵌锂容量和可逆容量分别由370 mA·h/g、284 mA·h/g增加到386 mA·h/g、308 mA·h/g,首次效率提高到。由此可见,微晶石墨的可逆容量并不算高,较鳞片石墨平均320 mA·h/g略低,但是微晶石墨有各向异性的结构特征,在重复充放电过程中显示了良好的循环性能,因此微晶石墨作为锂离子二次电池将更有优势,关键是提高首次循环效率。
三、微晶石墨的表面包覆
从机理上说,表面修饰主要是减少了石墨表面的活性点,降低了SEI形成的库仑消耗,优化了SEI膜的性能,从而降低了不可逆容量损失。同时预先在石墨表面形成一层碳膜,有利于防止电解液在石墨表面的分解,提高石墨负极的稳定性。但是表面碳膜的致密程度直接影响到改性的效果,致密均匀的碳膜就能有效地阻挡溶剂化离子的共插入,同时在炭化的过程中还能生成一些纳米级的孔,为锂离子的插入提供了更多的通道。
(一)微晶石墨的表面包覆工艺
包覆石墨制备工艺采用浸渍法,即将球形鳞片石墨与酚醛树脂按一定的配比混合均匀,加入乙醇溶剂调节黏度,得到符合分散工艺要求的浆料。经搅拌、过滤、烘干等工序后在石墨颗粒表面包覆上一层酚醛树脂,包覆后仍然为分散的椭球或球形的颗粒。再经过高温炭化后,制备出树脂炭包覆鳞片石墨。
包覆用的酚醛树脂采用液态线性酚醛树脂,型号为917(北京福润达树脂厂),固含量。去除乙醇溶剂后做热失重分析(热重分析仪 STA 409C)。实验表明,在1000℃时,树脂失重为61%,得到39%的热解炭。包覆用的石墨为搅拌磨整形和PCS系统球形化后的天然微晶石墨。
表4 微晶石墨在不同包覆量下的循环性能比较
图1 微晶石墨在不同包覆量下的循环容量曲线
(二)表面包覆的实验结果与讨论
表4列出了不同包覆量的循环性能比较。可以看出,在微晶石墨表面包覆树脂并经1000℃炭化后,其首次循环效率有所提高,循环稳定性也得到了改善。
从图1可以看出,表面包覆是对微晶石墨的电化学性能的有效改性方法,不仅能够提高首次效率,同时包覆后的微晶石墨显示了更好的循环性能,说明表面包覆的微晶石墨是一种良好的锂离子二次电池复合负极材料。
图2 GICs处理后循环性能
四、鳞片石墨用于锂离子电池负极材料
项目组在研究将天然鳞片石墨用作负极材料时,发现天然石墨由于石墨化程度高,其充放电容量要比人工制造的中间相炭微球(MCMB)高。MCMB容量在300 mA·h左右,而鳞片石墨为340 mA·h左右。但考虑循环性能时,鳞片石墨负极要差,多次充放电后,容量损失大。究其原因,主要是充放电时石墨晶体有10% 左右的涨缩量,鳞片石墨集中在一个方向上的多次涨缩使得负极膜损坏,造成性能下降。针对这一问题,本研究提出用石墨层间化合物(GICs)原理处理,在石墨颗粒内形成微米-纳米空隙,预制晶格涨缩空间,以提高循环性能。此项技术的关键在于缓慢有序的脱插,使插入物气体的逸出只在石墨内造成微米-纳米级的孔隙,而不能发生明显的体积膨胀,通常采用H2SO4-GIC、MClx-GICs或其他受主型GICs,在100~300℃低温的条件下经12~72 h的缓和脱插处理,而后对脱插后的石墨微粉进行微粒表面改性,包覆处理,制成负极材料。这样制得的负极材料既有鳞片石墨的高容量,又具有良好的循环性能(图2)。目前产品在电池上已进行产品性能检测。
五、总结与展望
我国锂离子电池产业仍将保持年平均30%以上的增长速度,2005年国内小型锂离子电池全年产量超过10亿只,石墨负极材料年需求量为5000~10000 t,世界需求量在2×104t左右,而目前供应量缺口很大。随着电动汽车的迅速发展,锂电池负极材料的需求将更加旺盛。
鉴于天然石墨资源丰富、价格低廉,并且具有较高的嵌锂容量,对天然微晶石墨进行改性处理以应用到高能锂离子电池中是国内石墨产业升级的有效途径之一。综合考虑造价和性能,在锂离子电池负极材料中天然石墨最具发展潜力,但是石墨存在着一些有待解决的问题,如首次循环的不可逆容量损失、循环稳定性等问题。天然石墨改性技术的不断发展,包括球形化处理、表面包覆树脂、插层/脱插的微膨化处理等,提高了石墨制品的放电容量、快速充放电能力、循环寿命等,改性天然石墨将成为高能锂离子电池负极的首选材料。
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An Investigation on Natural Graphite Used as an Anode Materials for Lithium-ion Batteries
Shen Wanci,Li Xinlu,Zou Lin,Kang Feiyu,Zheng Yongping
(The Laboratory of New Carbon Materials,Department of Material Science and Engineering,Tsinghua University,Beijing 100084,China)
Abstract:The resource of natural graphite is rich in will be an effective way to upgrade national graphite industry if natural graphite after modification may be used in lithium ion the research,microcrystalline graphite with high purity was sphericalized and coated with a carbon film on the initial cycle efficiency was improved to be and the cycle stability was remarkably experi ments proved that microcrystalline graphite with carbon coating was an excellent anode material for lithium-ion addition,H2SO4-GIC technique was used to prepare the natural flake graphite powder with was found that sub-micro and nano pores formed in the graphite samples,that improved the reversible capacity,rate capacity and cycle product meet well the requirement of lithium-ion battery.
Key word:natural graphite,surface coating,mild-exfoliation,anode material,lithium-ion battery.
锂离子电池原理如下充电过程,锂离子从正极板内脱嵌出来.进入电解液穿过隔膜,最后镶嵌进负极板内;放电过程.锂离子从负极板内脱嵌出来,进入电解液穿过隔膜,最后镶嵌进正极板内。业内形象的称之为“摇椅”电池,充电锂离子摇到了负极.放电又摇回了正极。这张图片来源于网络,阳极主成份是钻酸锂,阴极主成份是碳,电解质为聚合物。1.正极板的主要成分不同.形成了前面提到的钻酸锂、磷酸铁锂、锰酸锂和三元锂四大类,例如钻酸锂电心的正极是LICoO2加导电剂和粘合剂,涂在铝箔上形成正极板。铝箔是集流体,等同于铅酸电池的阳极板栅和汇流排.铝箔与铝箔间用超声波焊接。由阳极主材料分类,锂电池有四种:钻酸锂、磷酸铁锂(有时简称铁锂)、锰酸锂和三元锂四种。目前,关于阳极主材料的研究仍在继续,品种还在增加。2.负极板,锂离子电池一般用碳材料(主要是石墨)作负极,是层状石墨加导电剂及粘合剂涂在铜箔基带上:这里,铜箔是集流体,等同于铅酸电池的阴极板栅和汇流排,铜箔与铜箔间用点焊机焊接。3.电解液是含锂离子的.成分比较复杂,多用代号表示,第一代电解液:PC+DME+IMLiPF6,与石墨负极匹配性差,易发生溶剂共嵌入。第二代电解液:EC+DMC(orDEC)+lMLlPF6,低温性能差。第三代电解液:EC+DMC(DEC)+EMC+lMLiPF6.电导率可达10-2S.cm-1.>50%。目前工作大多集中在选择添加剂方面,以提高电池首次充放电效率,提高SEI(该代号后文化成中有解释)稳定性。
锂电池质量好坏的检测方法: 1、最快的检验方法是测试内阻和最大放电电流,质量好的锂电池,内阻非常小,最大放电电流很大。采用20A量程的万用表,直接短接锂电池的两个电极,电流一般应在10A左右,甚至更高,而且能保持一段时间,相对稳定的就是好电池。 2、看外观。外观的丰满程度,比如一般2000mAh左右的锂电池,体积较偏大。 做工比较精细或者包装显得比较丰满。 3、看硬度。可以用手轻捏或者适度捏取锂电池中间部分,硬度适中,无柔软挤压感则证明锂电芯属于比较优质的电芯。 4、看重量。除去外包装感知一下电池重量是否是比较沉,若厚重者属于优质电芯。 5、在锂电池带电工作过程中,持续放电10分钟左右电池两极若不发烫,则证明电池保护板系统完善,一般带优质保护板的锂电池质量均比普通锂电池好。
你们老师肯定接了外面公司的单子了,现在移动电源很火,恰好你们就做这个,估计你们老师拿你们作为劳动力这个方案是有,但是你还要说明毕业设计的具体要求是什么,要单片机控制吗?要显示吗?
1、电压测试法:这种方法相对来说比较简单,通过简单地监控电池的电压得到的。但电池的电量和电压不是线性关系,所以这种测试方法并不精确。尤其是手机电量低于50%时,这种方法就显得很不精确了。
2、电池建模法:这个方法是根据电池的放电曲线来建立一个数据表,数据表会标明不同电压下的电量值,这一方法可以有效的提高测量的精度。但要获得一个精确的数据表并不简单,因为电压和电量的关系还涉及到了电池的温度、自放电、老化等因素。只有结合了众多的因素来进行修正才能得出比较满意的电量测量。
3、库仑计:在电池的正极和负极串联一个电流检测电阻,当有电流流经电阻时库仑计就会产生感应,通过检测感应就可以计算出流过电池的电流,因此可以精确到追踪电池的电量变化,精度可以达到1%。是最准确的电池电量检测方法。
手机用的锂电池除了电量的测试外,还需要进行性能测试,主要是为了保证电池的安全性。测试中选择导电性能好的大电流弹片微针模组,能保持稳定的连接,也能过1-50A的电流。
可以用精密电池测试系统来测试(其他容量测试设备也可):测试方法----为先横流充电至(单节锂电池)(双节锂电池),再恒压充电,用截止电池控制。然后用放电至3V (单节锂电池)6V(双节锂电池)。此时的放电容量即为电池的电量。
电子信息工程大学毕业论文 (张清卓)从21世纪开始,无线传感器网络就开始引起了学术界,军事界和工业界的极大关注。美国和欧洲相继启动了许多关于无线传感器网络的研究计划。随着科学技术的迅猛发展,人类目前已经置身于信息时代,信息的获取是实现信息化的前提,获取物理家门口满怀欣喜的一种重要工具就是传感器。无线传感器网络是当前国际上备受关注的,由多学高度交叉的新兴研究热点领域⑴它综合了传感器技术,嵌入式计算技术及无线通信技术等三大技术,能够通过嵌入式系统对信息进行处理,并通过随机自组织无线通信网络以多跳中继方式所感知信息传送到用户终端。 无线传感器网络可以用于监控温度,湿度,压力,土壤构成,噪声,机械应力等多种环境条件,使用户可以深入的了解和把我周围的世界。无线传感器网络的随机布设,自组织,环境适应等特点使其在军事国防,环境监测,生物医疗,抢先去救灾以及商业应用等领域具有广阔的应用前景,和很高的应用价值⑵。当然,在空进搜索和灾难拯救等特殊领域,无线传感器网络也有其得天独厚的技术优势。
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太阳能充电器的设计摘要:设计了基于LP3947的太阳能充电电路,通过脉宽调制对锂电池充电进行智能控制,从而提高太阳能电池输出功率及锂电池的使用效率,达到延长电池使用寿命和时间的目的。关键词:太阳能;LP3947;锂电池1.引言 太阳能作为一种新型的资源越来越多地被人们关注,它所带来的一系列的产业也逐渐成为目前非常具有开发潜力的产业。太阳能光伏发电是太阳能应用的主要产业之一。在我国太阳能资源极其丰富,陆地每年接受的太阳辐射能相当惊人。如果将这些太阳能充分加以利用,不仅有可能节省大量常规能源,而且可以有效地减少常规能源所带来的环境污染。 目前光伏发电在小型电器电路上的运用也逐渐的成熟,随着人们生活中越来越多的离不开手机、mp3、数码相机等一系列的数码产品,它们的充电问题成为了使用者极其关心的问题之一。设计一个利用光伏充电原理的充电器来为这些数码产品进行充电可以在很多方面解决各种问题。太阳能充电器具有携带方便、外型美观时尚,甚至可以在没有电源的情况下为手机等一系列的数码产品进行充电。2.太阳能电池板种类及工作原理 太阳能电池是通过光电效应或者光化学效应直接把光能转化成电能的装置,目前处于主流的是应用光电效应原理工作的太阳能电池,其基本原料为以半导体.当P-N 结受光照时,样品对光子的本征吸收和非本征吸收都将产生光生载流子,即引起光伏效应,产生一与P-N 结内建电场方向相反的光生电场,其方向由P 区指向N区.此电场使势垒降低,其减小量即为光生电势差,P 端正,N 端负,由此生产的结电流由P 区流向N 区,形成单向导电,发挥出与电池一样的功能。由于太阳电池板输出电压不稳定,故增加了稳压电路,通过稳压电路、充电电路为负载电池充电,同时还可以为内部蓄电池充电以备应急之用;光照条件较差时,太阳电池板输出电压较低,达不到充电电路的工作电压,因此增加了升压、稳压电路,以便为充电电路提供较稳定的工作电压.阴天、夜间等光照条件极差的情况下,可利用系统内部的蓄电池,通过升压电路为后续设备充电。另外,充电器还设计有照明灯,当夜间光线较暗时,通过蓄电池为照明灯供电,可供应急使用。3.充电器设计电池充电原理 锂离子电池在充电或放电过程中若发生过充、过放或过流时,会造成电池的损坏或降低使用寿命,图3为锂电池的充电曲线,共分三个阶段:预充状态、恒流充电和恒压充电阶段。以800 mAh 容量的电池为例,其终止充电电压为。用1/10C(约80 mA)的电池进行恒流预充,当电池端电压达到低压门限V(min)后,以800 mA(充电率为1C)恒流充电,开始时电池电压以较大的斜率升压,当电池电压接近 V 时,改成恒压充电,电流渐降,电压变化不大,到充电电流降为1/10C(约80 mA)时,认为接近充满,可以终止充电。 手机电池充电曲线充电器设计思想 太阳能手机充电控制电路的设计思想,从手机锂离子二次电池的恒流/恒压充电控制出发,同时配有锂离子蓄电池.当在户外无220V 交流电时,采用太阳能对手机锂离子直接充电,同时对锂离子蓄电池充电;当阴雨天天气或夜晚等阳光不足时,采用配置的锂离子蓄电池对手机锂离子充电,以保证任何情况下不间断.即:系统的设计以太阳能充电为主,在有足够的阳光且蓄电池又有足够供电能力的情况下,系统能够以太阳能充电为主给手机充电,蓄电池给手机补电;在无阳光或阳光弱时,以蓄电池充电为主给手机充电,太阳能为手机补电。充电控制电路设计升压电路设计由于在不同的时间、地点太阳光照强度不同,太阳电池板输出电能不稳定,需加人相应的升压、稳压等控制环节。直流升压就是将电池提供的较低的直流电压提升到需要的电压值。稳压电路设计稳压电路的设计以三端集成稳压器W7800为核心,它属于串联稳压电路,其工作原理与分立元件的串联稳压电源相同。由启动电路、取样电路、比较放大电路、基准环节、调整环节和过流保护环节等组成,此外还有过热和过压保护电路,因此,其稳压性能要优于分立元件的串联型稳压电路。而且三端集成稳压器设置的启动电路,在稳压电源启动后处于正常状态下,启动电路与稳压电源内部其他电路脱离联系,这样输入电压变化不直接影响基准电路和恒流源电路,保持输出电压的稳定。充电电路设计 锂电池以体积小、容量大、重量轻、无记忆效应、无污染、电池循环充放电次数多(寿命长)等优点,广泛地被使用在许多数码产品中。但锂电池对使用条件要求较严格,如充电控制要求精度高,对过充电的承受能力差等。因此,为了保护锂电他,该充电电路包括电池充电控制电路与电池电量检测控制电路两部分。电池充电控制电路,用来控制升压或稳压电路对锉电池进行充电,同时也是锂电池的充电电路。电池电量检测电路,用以检测充电电量的多少,当电池充满电时,充满指示灯亮,逻辑电路控制充电电路断开,停止充电。4结束语 随着现代的科技发展电子产品几乎可以普及,但电子产品的电池却一直困扰这我们。我着次的研究的目的不是让电池的容量增大,而是把太阳能充电器安装在电子产品表面上这样就可以大量增加电池的使用时间。